зеленов / eletsehomt48

2.4.4 Сводная диаграмма электромеханических (механических) характеристик двигателя для различных режимов работы

На рис. 2.38 в плоскости 4-х квадрантов показаны все режимы работы двигателя с независимым возбуждением, а также выражения для расчета тока в цепи якоря для каждого из этих режимов.

2.5 Переключения в цепях двигателя с независимым возбуждением при изменении его фазовых координат или параметров

Зачастую для уяснения режима работы электропривода, для расчета пусковых или тормозных сопротивлений в цепях якоря двига-

теля при изменении фазовых координат (ω, I, М) или его параметров (R, Ф) необходимо показать диаграмму переключений и переход рабо-

чей точки (то есть меняющихся координат ω-I или ω-М) с одной электромеханической характеристики на другую.

Построение таких диаграмм производится при выполнении следующих условий:

1. любое переключение происходит мгновенно, то есть при

ω=const;

167

Рисунок 2.38

2.если МС>М, то идет процесс торможения до скорости, при которой М=МС (для активной нагрузки, или ω=0 при реактивном моменте сопротивления);

3.если МС<М, то идет процесс разгона до скорости, при которой М=МС.

На рис. 2.39 до начала переключений электропривод работает

вдвигательном установившемся режиме (М=МС) на естественной характеристике в точке а. После ослабления магнитного потока до значения Ф’<ФН двигатель переключается (линия аб), и так как М>МС, то

168

торможения. От точки з до w=0 двигатель снижает скорость в режиме динамического торможения.

На рис. 2.40 до начала переключений электропривод работает в установившемся режиме на естественной механической характеристике в точке а. Переключением (изменением полярности на якоре двигателя) электропривод по линии аб переводится в режим торможения противовключением, который идет по характеристике бв до скорости w=0. Так как при этом ½М½>½МС½, то начинается разгон двигате-

режим динамического торможения (линия еж) и уменьшает свою ско-

рость до w=0.

На рис. 2.41, как и в ранее рассмотренных примерах, до начала переключений электропривод работает в установившемся двигательном режиме в точке а (М=МС). По линии аб привод переключается в режим противовключения и начинает снижать скорость по механической характеристике бв.

170

Затормозившись до скорости w=0, двигатель не остановится, так как М¹МС, а будет продолжать движение, перейдя в двигательный режим обратного хода. В этом режиме разгон электродвигателя про-

должается до скорости -w0 (идеальный холостой ход), после чего двигатель продолжает разгоняться далее в режиме рекуперации энергии в сеть до точки в, где М=МС. Это установившийся режим с рекуперацией энергии. Затем двигатель еще раз переключается по линии вг в режим динамического торможения и снижает свою скорость до точки д. С этой скоростью двигатель будет работать в установившемся режиме при М=МС (с активным моментом сопротивления движению).

2.6 Электромеханические свойства электроприводов постоянного тока с двигателями последовательного и смешанного возбуждения при двигательном режиме работы

2.6.1 Область применения, преимущества и недостатки двигателей с последовательным и смешанным возбуждением

О б л а с т ь п р и м е н е н и я . Наиболее широко эти двигатели применяются в электротяге (магистральный, городской и внутризаводской электротранспорт), а также для электропривода грузоподъемных механизмов, особенно для электропривода подъемных лебедок специальных кранов в металлургических цехах. Область применения определяется рядом преимуществ, присущих этим типам двигателей.

П р е и м у щ е с т в а . Двигатели с последовательным возбуждением требуют меньшего числа троллеев для подвода электропитания, характерный пример этого – электроприводы трамваев и троллейбусов. Двигатели с последовательным и смешанным возбуждением имеют большую (по сравнению с двигателями независимого возбуждения) перегрузочную способность по моменту, эти двигатели более надежны (особенно двигатели последова-

171

тельного возбуждения, имеющие малое межвитковое напряжение в обмотке возбуждения), не боятся снижения напряжения в питающей сети. При применении рассматриваемых двигателей для электроприводов механизмов с резкими пиками нагрузки мягкость механической характеристики (особенно в области малых нагрузок) обеспечит таким приводам преимущество. При пике нагрузки двигатель автоматически снижает скорость, разряжая запас кинетической энергии на вал рабочей машины. При этом ограничивается величина толчков тока в якоре. Малые грузы поднимаются с большей скоростью, а большие – с малой скоростью. Причем это производится автоматически за счет специфики механических характеристик, а не за счет сложных регулирующих устройств.

Н е д о с т а т к и . Двигатели со смешанным и последовательным возбуждением (особенно последние) нельзя включать в сеть вхолостую или с малой статической нагрузкой, так как скорость их в этих случаях превысит допустимые значения, и наступит «разнос» двигателя, сопровождающийся повреждением бандажей и обмоток под действием центробежных усилий.

Двигатели с последовательным и смешанным возбуждением имеют большую стоимость по сравнению с двигателями независимого возбуждения той же мощности и скорости. Это объясняется большим расходом активных материалов (железа и меди) для обеспечения большей перегрузочной способности по току и моменту.

2.6.2 Естественные электромеханические и механические характеристики

Для двигателей с последовательным и смешанным возбуждением уравнения электромеханических и механических характеристик получаются из уравнения электрического равновесия цепи якоря и имеют формально те же

172

выражения, что и для двигателя независимого возбуждения, а именно:

– полное сопротивление якорной цепи, включая и сопротивление rОПВ обмотки последовательного возбуждения. Остальные обозначения те же, что и для двигателя с независимым возбуждением.

Выражения (2.57) нелинейны, так как Ф¹const, Ф=f(I). Поэтому указанными выражениями для w=f(I) и w=f(М) нельзя пользоваться для аналитических расчетов и для построения естественных и искусственных характеристик. Нелинейность Ф=f(I) – кривая намагничивания двигателя – не описывается аналитически, или описывается приближенно и очень сложно аппроксимирующими формулами.

(причем исследования только качественного) сделаем допущение о линейности кривой намагничивания двигателя, то есть предположим, что электрическая машина работает без насыщения магнитной це-

I пи, когда Ф=КI и

М=СФI=СКI2. На рис. 2.42 и 2.43 показана линеаризация кривых намагничивания двигателей с последовательным

(рис. 2.42) и со смешанным (рис. 2.43) возбуждением. Коэффициент К=tga определяет угол наклона линейной кри-

173

вой намагничивания к оси токов в якоре.

Для двигателя смешанного возбуждения уравнения

Всоответствующая уравнению гиперболы (2.59).

СК

Таким образом, механическая характеристика двигателя также имеет гиперболический характер.

В реальных электрических машинах с последова-

174

тельным или со смешанным возбуждением из-за насыщения магнитной системы гиперболический характер механических и электромеханических характеристик сильно искажается.

Выразить кривые намагничивания аппроксимирующим уравнением практически невозможно (предлагаемые для этого аналитические зависимости очень сложны и дают большую погрешность). Поэтому для практического использования применяют естественные механические и электромеханические характеристики, получаемые экспериментальным путем заводом-изготовителем электрических машин и приводимые в каталогах.

Для электрических машин какой-либо одной серии (одного типа), например для машин МП, ДП, Д-800 или др., механические (электромеханические) характеристики в относительных единицах совпадают, образуя так называемые универсальные естественные характеристики (практически они несколько отличаются для двигателей мощностью Р><10 кВт).

175

смешанным возбуждением насыщается при I<IН. При больших токах магнитный поток двигателя растет медленнее и поэтому жесткость механической характеристики увеличивается, она становится похожей на характеристику двигателя с независимым возбуждением (то есть при

Ф=const).

2.6.3 Расчетная кривая намагничивания («переходная» характеристика)

Получить экспериментально характеристику намагничивания (характеристику холостого хода) двигателя последовательного или смешанного возбуждения невозможно, так как нельзя получить режим работы при I=0 (при этом у двигателей последовательного возбуждения поток должен быть равен нулю, что делает работу двигателя невозможной).

Кроме того, при I¹0 и Ф¹0 начинает сказываться размагничивающее действие реакции якоря, что искажает магнитный поток и также делает невозможным экспериментальное снятие характеристик холостого хода.

Характеристику холостого хода (характеристику намагничивания) для двигателей с последовательным или смешанным возбуждением можно получить только расчетным путем. При этом для вычисления потока Ф удоб-

но воспользоваться косвенной величиной ωЕ [В×с], полу-

За базовую величину потока в этом случае целесо-

Таким образом, за единичный (базовый) магнитный

176